火車發動機通常采用多缸設計，以滿足其高功率和高扭矩的需求。不同型號的火車發動機具有不同數量的氣缸，主要由車輛的功率需求決定，常見的火車用柴油機一般采用12缸到16缸。

例如，東風4機車使用的是16V240ZJB柴油機，具有16個氣缸，每個氣缸的缸徑為240mm。 這種多缸設計能夠提供更大的動力輸出，使火車能夠平穩運行。某些穿越艱難地形的重載火車，例如火車界當中的“巨無霸”，甚至每一個火車頭都裝配了16缸發動機，使得火車一次性可以拉超過24,000噸的貨物。

在火車發動機的設計中，機車發動機為V型排列，例如大連機車造的16V265H內燃機，每側8個氣缸，兩側共16個氣缸，兩側氣缸成V型布置。這樣的設計旨在提高發動機的燃燒效率和動力輸出。